Но сразу выйти в море им не удалось близ устья реки Охотское море оказалось (в июле!) забито льдами. В ожидании погоды путешественники занялись сбором зоологических коллекций. Особое внимание Миддендорфа привлекло образование гигантских завалов плавника, наслоений песка, камней, глины, в толще которых застряли целые туши морских животных китов и тюленей. На Охотском побережье Миддендорф смог понять, каким образом была погребена туша мамонта, которую ему удалось найти на Таймыре. В своей книге он превосходно описал грандиозную созидательно-разрушительную работу морского прибоя. Благодаря его наблюдениям существенно пополнились и сведения о климате Приохотья. В академических материалах, связанных с организацией экспедиции, особо указывалось на важность собирания сведений о климатических особенностях побережья Охотского моря, так как таких сведений в то время не было. Льды на Охотском море в тот летний месяц то придвигались к самому побережью, то отходили в море, и тогда землепроходцы пытались пройти к Шантарам. Один раз они чуть не погибли льды едва не раздавили их кожаное суденышко. Урок был грозно поучителен , вспоминал об этом Миддендорф. Лишь 4 августа путешественники смогли добраться до острова Большой Шантар, где пробыли целую неделю. Миддендорф достиг предельного пункта своего путешествия Охотского побережья и Шантарских островов. Отсюда он должен был пуститься в обратный путь через Якутск в столицу. Но Миддендорф поступил иначе. Все собранные им коллекции геологические и зоологические, гербарии, путевые записи он отправил в Якутск с Брандтом, Фурманом и двумя якутами для дальнейшей пересылки в Академию наук в Петербург. Сам же с неразлучным своим спутником геодезистом Вагановым избрал для возвращения на запад иной, неизведанный путь. Миддендорф и Ваганов смастерили маленький ботик ( отпрыск большой байдары ) из ивовых прутьев и запасной воловьей кожи. Ученый называл это крохотное суденышко ореховой скорлупой . В этой скорлупе они и двинулись по Охотскому морю. Путешественники плыли вдоль берега, к югу, делая мензульные и глазомерные съемки, собирая коллекции. Высаживаясь на берег, они уходили в глубь тайги, охотились, пополняя свои зоологические сборы. В зоолого-географическом отношении, писал потом Миддендорф, мы постоянно вращались в той чрезвычайно любопытной полосе Земли, где лицом к лицу встречаются соболь и тигр, где южная кошка отбивает у рыси северного оленя, где соперница ее росомаха на одном и том же участке истребляет кабана, оленя, лося и косулю, где медведь насыщается то европейской морошкой, то кедровыми орехами, где соболь еще вчера гонялся за тетеревами и куропатками, доходящими до запада Европы, сегодня за ближайшими родственниками тетерки Восточной Америки, а завтра крадется за чисто сибирской кабаргой .
1 сентября 1844 года Миддендорф и Ваганов находились близ устья Тугура. Миддендорф вновь чувствовал себя этнографом, лингвистом, антропологом. Путешественники общались с эвенками, якутами, гиляками (нивхами). На Тугуре землепроходцев поджидали эвенки-оленеводы. Вместе с ними они и выступили в зимний поход на запад. Путешественники ехали верхом на оленях. Маршрут оленного каравана шел по Тугуру, Немилену, Керби через Буреинский хребет в долину Бурей. Отсюда по ее притоку Нимани и далее по Кебели Миддендорф и Ваганов добрались до урочища Инкань места традиционной ярмарки жителей окружающих областей. С севера сюда приезжали якуты и эвенки, с юга дауры. В Инкане путешественников ждали подставные олени . От Инканского урочища в течение трех недель они шли до Зеи. 12 января 1845 года караван спустился на полотно самого Амура . Отсюда, уже на лошадях, Миддендорф и Ваганов добрались до Стрелки, расположенной на слиянии Аргуни и Шилки. Весь этот путь был отражен в картах атласа, приложенного к Сибирскому путешествию Миддендорфа. В пути от Охотского побережья к Амуру Миддендорф и Ваганов с особой тщательностью заносили в свои путевые записи названия многочисленных рек, речек и ручьев, считая, что для практических целей это имеет наибольшее значение. Долины этих водных потоков служили единственными путями сообщения. Они вели к перевалам и к заповедным местам промысла для местных кочевников. Миддендорф остроумно заметил, что для длительных путешествий по дебрям тайги и тундры человек должен как бы спуститься на низшую ступень цивилизации . Пускаясь в странствия по землям, где бродят лишь таежные охотники и оленеводы, путешественник должен обладать на все готовой сноровкой , изобретательностью на все извороты . Путешественник-землепроходец, по мнению Миддендорфа, должен быть умельцем и во всякой сухопутной езде , и во всяком роде плавания . Он должен быть сапожником и портным, плотником и кузнецом, звероловом и рыболовом. Располагая самыми простыми орудиями полудикаря времен первобытных , путешественник должен, не мешкая, браться за выполнение любого необходимого дела. Каков же итог этого нелегкого путешествия? Сам Миддендорф пишет об этом так: Тщательно занося на бумагу наш маршрут и проверяя, сколько было возможно критически, множество показаний на мои расспросы, я успел составить картину Амурского края, которая бросила новый свет на эту страну . Составлена была и первая карта края под названием Первый опыт гидрографической карты Станового хребта с его отрогами .
Новые, обстоятельные данные, собранные Миддендорфом об Амуре и Приамурье, оживили интерес к этому краю. Через 15 лет после возвращения из путешествия Миддендорф писал по поводу Таймырского края: Что я оттуда вывез, то и доныне так же ново, так же свежо, как и тогда, как я собирал; что говорю я об этих странах, то и теперь столько же годится... Сибирское путешествие Миддендорфа длилось 841 день. За это время он и его спутники прошли на лошадях, на собаках, на оленях,(в упряжке и верхом), на лодках и пешком около 30 000 километров. И это по труднодоступным тундрам Таймыра, по таежно-горным дебрям Якутии, Приохотья и Приамурья. Непременный секретарь Академии наук П. Н. Фус, оценивая успех Сибирской экспедиции, сказал, что Миддендорф возвратился из Сибири в столицу в ореоле славы . Материалы его исследований внесли невиданное оживление в научную жизнь Петербурга. В честь Миддендорфа устраивали заседания, приемы, обеды. Сам он принимал живейшее участие в подготовке первых экспедиций Русского географи-ческого общества на Северный Урал (1847) и в проектировавшейся экспедиции на Камчатку. Составленные Миддендорфом инструкции (на основе его богатейшего личного опыта) были широко использованы и для многих дальнейших экспедиций. Миддендорф остался в столице в должности адъюнкта Академии наук и занялся обработкой собранных им материалов и подготовкой многотомного Отчета о сибирском путешествии. В 60-х и 70-х годах Миддендорф совершил несколько научных поездок и плаваний. В 1867 году он плавал по Черному, Средиземному морям, Атлантическому океану до Азорских островов и островов Зеленого мыса. В 1870 году до Исландии и по Баренцеву морю до Новой Земли. Наблюдения, проведенные Миддендорфом в Баренцевом, море, утвердили в науке гипотезу Петермана о наличии на севере теплого течения, которое Миддендорф назвал Нордкапским. Это было крупное открытие в области гидрографии северных морей. Почетный академик Миддендорф (это звание было присвоено ему в 1865 году) совершал и далекие сухопутные экскурсии поездки в Барабинскую степь (1869) и в Фергану (1878). Из письма Семенова к Миддендорфу можно заключить, что в последней поездке ученому предлагалось бросить сельскохозяйственный взгляд, основанный на естествознании , на Ферганскую долину, только что присоединенную к России (1876). После некоторых колебаний Миддендорф согласился на это предложение. Последней экспедицией, которой руководил Миддендорф, была экспедиция 1883 года в районы северных губерний: Пермской, Вятской, Архангельской, Вологодской, Ярославской, Костромской и Владимирской.
Последние десять лет жизни Миддендорф тяжело болел и жил в Эстонии в своем имении Хелленурме. Его возили в коляске; к письмам, написанным под диктовку, прикладывали штамп-подпись. В 1888 году Миддендорфу была присуждена высшая награда зоологов в России золотая медаль Бэра. Присуждение высокой награды, связанной с именем столь дорогого сердцу Миддендорфа ученого, ведь именно Бэр дал ему путевку в большую науку обрадовало больного. Ему вспомнилось первое путешествие на Кольский полуостров с Бэром и на Таймыр уже без Бэра, но по его напутствию. Скончался Миддендорф в конце января 1894 года. Он должен стоять первым в плеяде славных русских путешественников XIX века Семенова-Тян-Шанского, Северцова, Федченко, Миклухо-Маклая, Пржевальского. Ведь именно Миддендорф открыл эпоху замечательных путешествий, примером своим показав, как много может сделать ученый, если он, не щадя своих сил, рискуя самой жизнью, идет по неведомым тропам. Миддендорф не только принадлежал к числу выдающихся путешественников. Он был и ученым больших масштабов, основоположником ряда научных дисциплин (мерзлотоведения, зоогеографии), крупнейшим сибиреведом и одним из пионеров туркестановедения.